JPS6365512A - 車両の走行自動化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ダンプトラックのような車両を運転支援およ
び無人走行させる車両の走行自動化システムに関する。

（従来の技術） この種の車両の走行自動化システムにおいては、車両を
予め設定された目標経路に沿って自動的に誘導走行させ
ることから、車両の位置を検出することが不可欠であり
、その検出粘度の優劣で性能が決定される。

従来、目標経路を容易に変更できるように該経路に融通
性をもたせた上記システムとしては、例えば特開昭６１
−７０６１８の「無人走行システム」が挙げられる。こ
のシステムでは、車両の走行速度と走行方位角から２次
元座標上での車両の走行距離を積算し、上記座標におけ
る車両の位置を検出する方式をとっていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記従来のシステムでは、車両の走行距離およ
び走行方位を例えば速度センサおよびジャイロコンパス
の各検出出力を積分することによって求めるため、誤差
の累積が不可避であった。

特に車両走行時のタイヤスリップによる走行速度の誤差
、およびジャイロコンパスのオフセットドリフトによる
方位角の誤差は、車両の位置検出を大幅に劣化させてい
た。そこで、目標経路の要所にステーションを設置して
上記誤差を定期的に抹消ザることを提案しているが、こ
れは本来の目的である外部誘導ｇ置（誘導ケーブル）を
使用しないこと、つまり目標経路に融通性をもたせるこ
とに反する。すなわち、従来のシステムの誘導性能を向
上させるためには、多くのステーションを必要とすると
いう問題点があった。

そこで、本発明は目標経路に融通性があり、かつ車両の
位置を高精度で検出して該車両を正確に誘導走行させる
ことができる車両の走行自動化システムを提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る車両の走行自動化システムは、所定位置関
係で配設されてそれぞれ電波測量用の電波を送信する主
局および２つの従局を地上装置とし、車両に配設されて
上記地上装置から送信された電波を受信する受信手段と
、この受信手段によって受信された各電波の受信時間差
に基づいて上記車両の位置を検出する車両位置検出手段
と、予め設定された該車両の目標経路およびこの目標経
路上での車速指令を記憶している目標経路記憶手段と、
上記車両位置検出手段によって検出された該車両の位置
および上記目標経路記憶手段から読み出した該車両の目
標経路に基づいて該車両の操舵角指令を演韓する＠算手
段と、実際の操舵角を検出する操舵角センサと、実際の
車速を検出する車速センサと、上記演算手段によって演
算された操舵角指令および上記操舵角センサによって検
出された実際の操舵角に基づいて該車両の操舵角を制御
する操舵角制御手段と、上記目標経路記憶手段から読み
出しだ車速指令および上記車速センサによって検出され
た実際の車速に基づいて該車両の車速を制御Ｉする車速
制御手段とを該車両の車載装置として幅えて構成される
。

（作用） 本発明に係る車両の走行自動化システムによれば、上記
目標経路記憶手段に所望の目標経路を記憶させることに
より容易に目標経路が変更され、また上記車両位置検出
手段によって累積誤差の無い車両位置が検出され、この
車両位置および上記目標経路に応じて車両が正確に誘導
走行される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は本発明を適用した作業ｍ場の一例を示を概略構
成図である。この作業現場には車両１を誘導走行させる
ための目標経路Ａおよび目標経路Ｂが予め定められ、ま
た地上８１５０における主局５１、従局５２および従局
５３がそれぞれ適宜の位置に配設されている。上記各目
標経路ＡおよびＢは第２図に示すように構成された車両
１における経路入力選択手段２で定められ、第３図に示
すように目標経路Ａ上の複数位置Ａ１〜Ａｎのそれぞれ
を示ず特定の２次元座標における各座標位＠（ＸＡ１．
ＹＡｌ〉〜（ＸＡｎ、ＹＡｎ）、および各座標位置での
車速指令等が設定されるとともに、目標経路已について
も同様に各座標位置および車速指令等が設定される。そ
して、設定された各目標経路Ａおよび已についての各座
標位置および車速指令等は目標経路記憶手段３に記憶さ
れる。ここで、経路入力選択手段２を操作して例えば目
標経路Ａを目標経路記憶手段３に指示すると、目標経路
Ａに沿って車両１を誘導するための制御が次の様になさ
れる。

まず、第４図に示すように主局５１、従局５２および従
局５３からそれぞれ電波測量用の電波が送信され、これ
らの電波が車載局４によって受信される。車載局４は主
局５１と従局５２より車載局４に致来する電波の時間差
Δｔ１、主局５１と従局５３より車載局４に致来する電
波の時間差Δｔ２を求め、これを車両位置検出手段５に
加える。車両位置検出手段５はこれらの時間差Δｔ１゜
Δｔ２に基づいて車両１の位置を算出する。

ここで、上記電波測量の原理を第５図に基づいて説明づ
る。まず、主局５１と従局５２．５３が予め既知の位置
、例えば主局５１を（０，０）、従局５２を（ａｌ、ｂ
Ｍ　）および従局５３を（ａ２．ｂ２）の位置に設置さ
れているとし、車載局４を（ｘ、ｙ）とすると、主局５
１・車載局２間の距離Ｌ１と車載局５１・従局５２間の
距離Ｌ２との差ΔＬ１および上記距離Ｌ１と車ｅ、局５
１・従局５３間の距離Ｌ３との差ΔＬ２は、次式、ΔＬ
１＝（’Ｔ丁下７丁 −（Ｘ−８１）２＋（Ｖ−ｂｌ）２ ΔＬ２　＝Ｆ７ＴＴワ７ −　　（ｘ−ａ２）２　＋（ｙ−ｂ２）２・・・（１） によって表わすことができる。なお、上記時間差Δｔ１
とΔし２はそれぞれ第（１）式の△Ｌ１とΔＬ２に対応
することはもち論である。

そして、Δし１が一定となる位置を各ΔＬ１毎に示すと
第５図の実線のようになる。同様にΔＬ２が一定となる
位置を各ΔＬ２ｆｆｉに示すと第５図の破線のようにな
る。したがって、ΔＬ１とΔ［２が求まれば、その△Ｌ
１に対応する実線の曲線とΔＬ２に対応する破線の曲線
との交点から車両１の位置を検出することができる。

車両位置検出手段５は上記のようにして車両１の現在位
置（Ｘ、Ｙ）をインターバルタイムτで求め、この位置
を示す信号を第１の車両制御ＩＩ演算子段６に加える。

Ｍｌの車両制御演算手段６はこの信号を入力すると、目
標経路記憶手段３から目標経路Ａについての各座標位置
（Ｘ、Ａ１．　ＹＡｌ）〜（Ｘ、□、　ＹＡ、）および
車速指令を読出し、目標経路Ａについての各座標位置お
よび車両１の現在位置に基づいて操舵指令を算出する。

ここで、操舵指令の算出過程を第６図に基づいて説明す
る。まず、目標経路Ａを各座標位置（ＸＡＩ”　ＡＩ）
　　’　　　（ＸＡ２”　Ａ２ン　Ｎ　　−ｚ　　　＜
ｘへ〇、　　ＹＡｎ）を結ぶ折線で考えて、経路をＡ１
Ａ２→Ａ２Ａ３→・・・Ａｎ−ＩＡｎと順次切替えてゆ
くものとする。そして、目標となる経路線分をＡ、Ａ、
、また車両１の現在位置を（Ｘ、、Ｙ、）とすれば、経
路線分Ａ、Ａ、からの車両１の横変位ε、および経路線
分Ａ、Ａ、に対する車両１の姿勢角ψは、で表わすこと
ができる。さらに、これらの横変位εおよび姿勢角ψに
基づいて操舵角指令δは、次式 ％式％（４） ただしに１およびに２：定数 で表わすことができる。

第１の車両制御選択手段６は上記のようにして車両１の
操舵角指令δを求め、この操舵角指令δを示す信号、お
よび目標経路記憶手段３から読み出した各座標位置（Ｘ
Ａ、、　ＹＡ、）、（ＸＡＩ、ＹＡｌ）に対応する各車
速指令を示す信号を車両制御選択手段７に加える。車両
側１ｉＩ１選択手段７は操舵角指令δを示す信号を操舵
制御手段８に加えるとともに、上記各車速指令および車
速センサ９によって検出された実際の車速に基づいて、
ガバナ制御手段１０にガバナ位置指令を示す信号を、ト
ランスミッション制御手段１１に速度段階指令を示す信
号を、リターダ制御手段１２にリターダブレーキ圧指令
を示す信号を、ブレーキ制御手段１３にブレーキ指令を
示す信号をそれぞれ加える。

操舵制御手段８は上記操舵角指令δを示す信号を入力す
ると、操舵角センサ１４によって検出された車両１の実
際の操舵角が操舵角指令δに追従するようにサーボ弁１
５の圧油流量を制御する。

よって、その圧油が電磁切替弁１６を介して油圧シリン
ダ１７に供給され、油圧シリンダ１７が伸縮して実際の
操舵角が操舵角指令δに等しくなる。

また、ガバナ制御手段１０は上記ガバナ位置指令を示す
信号を入力すると、ガバナセンサ１８によって検出され
た実際のガバナ位置がガバナ位置指令に追従するように
ガバナ駆動用モータ１９を駆動し、このモータ１９にク
ラッチ２０を介して連結されるガバナ２１の位置を調節
する。トランス、ミッション制御手段１１は上記速度段
階指令を示す信号を入ツノすると、回転センサ２２によ
って検出されたエンジン４２の回転数に応じてトランス
ミッション２３の速度段が設定されるように電磁切替弁
２４を切替える。リターダ制御手段１２は上記リターダ
ブレーキ圧指令を示す信号を入力すると、エア圧センサ
２５によって検出された実際のエア圧がリターダブレー
キ圧指令に追従するようにエアシーポ弁２６の圧油流量
を制御し、リターダ２７を駆動する。ブレーキ制御手段
１３は上記ブレーキ指令を示す信号を入力すると、ブレ
ーキ２８を駆動して車両１を停止させる。この結果、車
両１は上記各車速指令に応じた速度で走行する。

なお、目標経路Ａ上の任意の位置で車両１に搭載されて
いる作業機を作動させることが目標経路記憶手段３に予
め記憶されていれば、車両制御選択手段７は上記任意の
位置で作業指令を示す信号を作業開制御手段２９に加え
る。これにより、作業機制御手段２９はベッセルシリン
ダ３０を駆動して上記作業機に作業を行わせる。

また、障害物認識手段３１（例えばＴＶカメラ）は車両
１の進行方向を請像しており、その穎像画面を示す信号
を障害物位置検出手段３２に加える。

障害物位置検出手段３２はこのＲ像画面に基づいて障害
物があった場合に該障害物の位置を検出し、この位置を
示す信号を危険予知手段３３に加える。

危険予知手段３３はこの位置が進行方向にある場合に危
険を示す信号を車両制御選択手段７に加える。車両制御
ｆｉＩ選択手段７はこの信号を入力すると、上記Ｖ４古
物を迂回するための操舵制御を行うか、もしくは停止制
御を行う。

ところで、車両制御選択手段７は目標経路記憶手段３、
車両位置検出手段５、操舵角センサ１４、回転センサ２
２および車速センサ９からそれぞれの信号を入力すると
、例えば第７図（ａ）に示すように目標経路へにおける
車両１の現在位置を走行モニタ３４に表示させるととも
に、実際の操舵角、エンジンの回転数、実際の車速を同
走行モニタ３４に表示させる。なお、走行モニタ３４に
は第７図（ｂ）に示すように目標経路Ａにおける車両１
が位置している近傍を部分的に拡大して表示してもかま
わな訃。一方、車両制御選択手段７は目標経路Ａ、重車
両の現在位置、実際の操舵角、エンジンの回転数および
実際の車速を示すそれぞれの信号を車両データ伝送手段
３５に加える。車両データ伝送手段３５はこれらの信号
を入力すると、これらの信号を当該車両１の車両番号を
示す信号とともに車両データ受信手段５４（第４図に示
す）へ送信する。車両データ受信手段５４は各信号を入
力すると、各信号を車両モニタ５５および車両管制手段
５６に加える。車両モニタ５５は各信号を入力すると、
各信号に基づいて目標経路Ａにおける車両１の現在位置
、実際の操舵角、エンジンの回転数および実際の車速を
表示するとともに、他の車両から送信されてきたこのよ
うな信号に基づいて他の車両についても同様の表示をす
る。また、車両管制手段５６は上記各信号を入力すると
、車両１についての状況を把握するとともに、他の車両
から送信されてきたこのような信号に基づいて他の車両
についても状況を把握する。

次に、例えば第１図に示した目標経路Ａにおける経路Ａ
Ｉ　Ａ２に誘導磁稈を発生する誘導線が敷設されている
場合には、第３図に示した各座標位置（ＸＡ、、　ＹＡ
ｌ）および（ＸＡ２．ＹＡ□）に対応させて車速指令お
よび誘導線による誘導走行であること等を目標経路記憶
手段３に予め記・匿させておく。ここで、車両１が経路
Ａ１Ａ２に致達したことから、経路ＡＩ　Ａ２に敷設さ
れた誘導線からの磁界によって車両１に設けられた４つ
のピックアップコイル３７ａ、３７ｂ、３７ｃおよび３
７ｄに磁界強度に応じた信号がそれぞれ発生すると、こ
れらの信号がピックアップアンプ３８を介して第２の車
両制御ｌ演粋手段３６に加えられる。第２の車両制御演
算手段３６はこれらの信号を入力すると、ピックアップ
コイル３７ａと３７ｂの信号出力の差、およびピックア
ップコイル３７ｃと３７ｄの信号出力の差に基づいて車
両１の誘４線に対するコースずれ吊および姿勢角を検出
する。

そして、これらのコースずれ吊および姿勢角に基づいて
操舵角指令を求めるとともに、目標経路記憶手段３から
上記各座標位置に対応する各車速指令を読み出し、これ
らの操舵角指令および各車速指令を示すそれぞれの信号
を車両制御選択手段７に加える。車両側′ｎ選択手段７
はこれらの信号を入力すると、上記操舵角指令に基づい
て操舵制御を行うとともに、上記各車速指令に基づいて
車速制御を行う。

このように本実施例によれば、電波測量の原理にもとづ
いて車両の位置を検出し、検出された車両の位置に基づ
いて車両を予め設定された目標経路に沿って誘導走行さ
せるようにしているため、目標経路に融通性があり、か
つ車両の位置を高精度で検出して車両を正確に誘導走行
させることができる。また、目標経路における車両の位
置等を走行モニタＪ３よび重両モニタに表示するように
しているため、視界の悪い作業現場でも車両を誘導走行
させることができる。さらに、複数の車両の状況を車両
管制手段で把握するようにしているため、各車両を同時
に誘導走行させることができる。

なお、特に敷設された誘導線による誘導走行への切替え
も容易に行いつる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係る車両の走行自動化シス
テムによれば、電波測量の原理に基づいて車両の位置を
検出し、検出された車両の位置に基づいて車両を予め設
定された目標経路に沿って誘導走行させるため、目標経
路に融通性があり、かつ車両の位置を高精度で検出して
車両を正確に誘導走行させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した作業現場の一例を示す図、第
２図は本発明の一実施例における車両の車載装置を示す
ブロック図、第３図は本発明の一実施例における目標経
路記憶手段に記憶された目標経路および車速指令を示す
図、第４図は本発明の一実施例における地上装置を示す
ブロック図、第５図は本発明における電波測量の原理を
説明するために用いられた図、第６図は本発明における
操舵指令の樟出過程を説明するために用いられた図、第
７図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例における走
行モニタの表示内容を示す図である。 １・・・車両、２・・・経路入力選択手段、３・・・目
標経路記憶手段、４・・・車載局、５・・・車両位置検
出手段、６・・・第１の車両制御Ｐｆ４算手投手段・・
・車両側′ｎ選択手段、８・・・操舵制御手段、９・・
・車速センサ、１０・・・ガバナ制御手段、１１・・・
トランスミッション制御手段、１２・・・リターダ制御
手段、１３・・・プレ−１制御手段、１４・・・操舵角
センサ、１５・・・サーボ弁、１６・・・電磁切替弁、
１７・・・油圧シリンダ、１８・・・ガバナセンサ、１
９・・・ガバナ駆動モータ、２ｏ・・・クラッチ、２１
・・・ガバナ、２２・・・回転センサ、２３・・・トラ
ンスミッション、２４・・・電磁切替弁、２５・・・エ
ア圧センサ、２６・・・エアサーボ弁、２７・・・リタ
ーダ、２８・・・ブレーキ、２９・・・作業機制御手段
、３０・・・ベツセルシリン−ダ、３１・・・障害物認
識手段、３２・・・障害物位置検出手段、３３・・・危
険予知手段、３４・・・走行モニタ、３５・・・車両デ
ータ伝送手段、３６・・・第２の車両制御演算手段、３
７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ−・・ピックアップコイ
ル、３８・・・ピックアップアンプ、４２・・・エンジ
ン、５０・・・地上装置、５１・・・主局、５２．５３
・・・従局、５４・・・車両データ受信手段、５５・・
・車両モニタ、５６・・・車両管制手段。 （０）　　　　　　　　　　　　（ｂ）第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の位置関係で配設され、それぞれ電波測量用の電波
   を送信する主局および２つの従局を地上装置とし、 前記車両に配設され、前記地上装置から送信された電波
   を受信する受信手段と、 この受信手段によって受信された各電波の受信時間差に
   基づいて、該車両の位置を検出する車両位置検出手段と
   、 予め設定された該車両の目標経路およびこの目標経路上
   での車速指令を記憶している目標経路記憶手段と、 前記車両位置検出手段によって検出された該車両の位置
   、および前記目標経路記憶手段から読み出した該車両の
   目標経路に基づいて、該車両の操舵角指令を演算する演
   算手段と、 実際の操舵角を検出する操舵角センサと、 実際の車速を検出する車速センサと、 前記演算手段によって演算された操舵角指令、および前
   記操舵角センサによって検出された実際の操舵角に基づ
   いて、該車両の操舵角を制御する操舵角制御手段と、 前記目標経路記憶手段から読み出した車速指令、および
   前記車速センサによって検出された実際の車速に基づい
   て、該車両の車速を制御する車速制御手段と を該車両の車載装置として備えたことを特徴とする車両
   の走行自動化システム。